Tête magnétique de lecture à élément magnétorésistant et à moyens de polarisation perfectionnés

Abstract

 Selon l'invention, le conducteur de polarisation (C) est associé à une couche magnétique supplémentaire (CM) disposée face opposée à l'élément magnétorésistant (MR).
Application à l'enregistrement magnétique.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention a pour objet une tête magnétique de lecture à élément magnétorésistant et à moyens de polarisation perfectionnés.

[0002] La tête de l'invention est avant tout une tête de lecture. Mais elle peut être équipée de moyens supplémentaires la rendant apte à une fonction d'écriture. L'invention trouve une application dans l'enregistrement magnétique ou dans la mesure des champs magnétiques.

Etat de la technique antérieure

[0003] L'invention s'applique essentiellement aux têtes dites "horizontales à couches minces". Une telle tête est représentée sur la figure 1 annexée. On y voit un substrat semiconducteur 10, par exemple en silicium, dans lequel a été gravé un caisson 12. Dans ce caisson, une couche magnétique inférieure 14 a été formée électrolytiquement et a été prolongée par deux piliers verticaux 16₁, 16₂. Un bobinage 18 entoure ces piliers. Il est noyé dans une couche isolante 10. Le circuit magnétique se complète par deux pièces polaires supérieures 22₁, 22₂ séparées par un espaceur amagnétique 24 définissant l'entrefer de la tête. Un élément magnétorésistant MR, par exemple en fer-nickel, est disposé sous l'espaceur amagnétique 24. Cet élément est obtenu par photogravure, en prenant l'espaceur comme masque. Il est donc autoaligné par rapport à l'espaceur. Des moyens non représentés sont prévus pour faire passer un courant dans cet élément magnétorésistant MR et pour mesurer ses variations de résistance (variation de courant à tension constante ou vice versa). La tête se déplace devant un support magnétique 30 (bande, disque, ...) où sont enregistrées les informations à lire ou à écrire.

[0004] Le fonctionnement d'une telle tête est schématiquement le suivant.

[0005] A l'écriture, le courant circulant dans le bobinage 18 crée un champ magnétique et, par conséquent, une induction dans le circuit magnétique. Les lignes de champ qui s'épanouissent autour de l'espaceur induisent une aimantation dans le support 30.

[0006] A la lecture, une information magnétique enregistrée dans le support 30 produit un champ magnétique de lecture et, par conséquent, une induction dans le circuit magnétique. Cette induction se referme, en partie, à travers l'élément magnétorésistant MR. Il en résulte une aimantation dans cet élément, qui va provoquer une variation de sa résistance.

[0007] Une telle tête est décrite dans les documents FR-A-2 645 314 et FR-A-2 657 189.

[0008] Un autre type de tête magnétique connu est illustré sur la figure 2. Cette tête comprend des éléments déjà représentés sur la figure 1 et qui portent les mêmes références numériques. La tête représentée se distingue de celle de la figure 1 par la présence de deux couches magnétiques 31₁, 31₂ écartées l'une de l'autre et en contact avec les pièces polaires supérieures. Ces couches définissent un autre entrefer 32, disposé sous l'entrefer principal 24. L'élément magnétorésistant MR est disposé à proximité et en travers de cet autre entrefer 32.

[0009] Sur la figure 2 est représenté également un conducteur électrique C, qui sert de moyen de polarisation de l'élément magnétorésistant MR. Ce conducteur C est parcouru par un courant électrique dirigé perpendiculairement au plan de la figure. Le conducteur C présente une face f1 en regard de l'élément magnétorésistant MR et une face f2 opposée à cet élément.

[0010] Une telle tête est décrite dans la demande de brevet français n°93 13249 déposée le 8 novembre 1993.

[0011] D'autres têtes encore sont connues, comme celles qui sont divulguées par le document FR-A-2 657 189 déjà cité. Ces têtes présentent un circuit magnétique simplifié avec seulement deux pièces polaires supérieures, ou avec deux pièces polaires supérieures et une pièce polaire inférieure celle-ci étant sans contact avec les pièces polaires supérieures (cf figures 3 et 4 de ce document).

[0012] Dans ces deux cas, il existe un élément magnétorésistant situé sous l'entrefer et un conducteur de polarisation parcouru par un courant.

[0013] Dans tous ces cas, le courant circulant dans le conducteur de polarisation crée un champ magnétique qui se referme à travers l'élément magnétorésistant et qui se superpose au champ à lire. Le champ de polarisation est en général réglé pour que les variations de résistance de l'élément magnétorésistant soient linéaires en fonction des variations du champ à lire.

[0014] Bien que donnant satisfaction à certains égards, ces têtes présentent un inconvénient. En effet, le champ magnétique créé par le courant circulant dans le conducteur de polarisation est capté par le circuit magnétique de la tête. Autrement dit, il a tendance à emprunter ce circuit magnétique pour se refermer. La figure 3 annexée montre les lignes de ce champ dans la zone des deux entrefers (l'entrefer principal 24 et l'autre entrefer 32) pour une tête connue conforme à celle de la figure 2. On voit que le champ passe, certes, dans l'élément magnétorésistant, mais qu'il emprunte aussi le circuit magnétique. Il va donc produire un champ parasite constant qui va entraîner une modification des informations enregistrées sur le support et apporter une asymétrie dans la forme du signal de lecture.

[0015] L'invention a justement pour but de remédier à cet inconvénient.

Exposé de l'invention

[0016] A cette fin, l'invention propose un perfectionnement des moyens de polarisation de l'élément magnétorésistant. Ce perfectionnement entraîne à la fois une baisse du courant nécessaire à la polarisation et une diminution du champ parasite créé dans l'entrefer.

[0017] Ce but est atteint par l'utilisation d'une couche magnétique supplémentaire disposée sur le conducteur de polarisation, côté opposé à l'élément magnétorésistant. Cette couche a pour effet de canaliser le champ magnétique créé par le conducteur, champ qui, sans cette disposition, irait vers l'entrefer principal.

[0018] Par ailleurs, le courant de détection qui parcourt l'élément magnétorésistant et qui sert à mesurer la variation de résistance de cet élément, crée lui aussi un champ magnétique, lequel sera également attiré par la couche magnétique supplémentaire. Il en résultera une augmentation de l'aimantation de cette couche et, en conséquence et par effet miroir, une augmentation de la polarisation de l'élément magnétorésistant. L'effet produit par l'adjonction de la couche magnétique est donc doublement bénéfique.

[0019] Grâce à l'invention, on peut ainsi diminuer le courant de polarisation d'environ 20%, ce qui réduit d'autant les pertes JOULE et l'échauffement de la tête. Le fait que la couche magnétique soit en contact avec la couche conductrice augmente encore l'efficacité de la disposition.

[0020] La couche magnétique supplémentaire est de préférence réalisée en un matériau magnétique doux. Il peut s'agir d'alliages à base de fer, comme le fernickel ou le Sendust (marque déposée) qui est un alliage de 85% de fer, 5,4% d'aluminium et 9,6% de silicium en masse, ou bien d'alliages à base de cobalt comme l'alliage cobalt-zirconium-niobium. Son épaisseur peut être comprise entre 100 et 500 nm, de préférence voisine de 200 nm. Sa largeur est sensiblement égale à la largeur du conducteur de polarisation. La présence de cette couche magnétique supplémentaire ne complique pas le procédé de réalisation de la tête puisque l'ensemble conducteur-couche magnétique peut être réalisé en une seule gravure.

[0021] L'invention peut s'appliquer à n'importe quelles têtes de lecture, notamment à celles qui ont été décrites plus haut, où à celles à venir qui utiliseront un élément magnétorésistant et un conducteur de polarisation.

Brève description des dessins

[0022] 

• la figure 1, déjà décrite, montre une tête horizontale connue à élément magnétorésistant ;
• la figure 2, déjà décrite, montre une autre tête magnétique à élément magnétorésistant et à conducteur de polarisation ;
• la figure 3, déjà décrite, montre les lignes de champ magnétique de polarisation dans une tête telle que celle de la figure précédente ;
• la figure 4 montre la nouvelle répartition des lignes de champ dans le cas de l'invention ;
• la figure 5 montre une tête magnétique d'un type connu à élément magnétorésistant longitudinal, perfectionnée selon l'invention ;
• la figure 6 est une coupe illustrant un mode de réalisation compact de l'ensemble élément magnétorésistant-conducteur de polarisation-couche magnétique supplémentaire ;
• les figures 7a à 7c montrent diverses étapes d'un procédé de réalisation de l'ensemble élément magnétorésistant-conducteur de polarisation-couche magnétique supplémentaire ;
• la figure 8 montre encore une autre tête magnétique d'un type connu perfectionnée selon l'invention ;
• la figure 9 montre encore une autre tête magnétique d'un type connu perfectionnée selon l'invention ;
• la figure 10 illustre un mode de réalisation où la magnétorésistance et ses moyens de polarisation sont situés sous le second entrefer.

Exposé détaillé de modes de réalisation

[0023] La figure 4 correspond à la figure 3 déjà décrite et montre, en coupe, la partie centrale d'une tête magnétique de lecture avec deux pièces polaires supérieures 22₁, 22₂, un entrefer 24, des couches magnétiques 31₁, 31₂ définissant un second entrefer 32, un élément magnétorésistant MR avec son conducteur de polarisation C. La tête représentée sur la figure 4 se distingue de celle de la figure 3 par la présence d'une couche magnétique supplémentaire CM. On voit que les lignes de champ de polarisation sont canalisées par la couche supplémentaire CM. Les lignes de champ sont resserrées dans la zone du conducteur de polarisation, ce qui réduit la fuite vers les pièces polaires supérieures 22₁, 22₂.

[0024] La figure 5 montre une tête magnétique de lecture et d'écriture qui est d'un type connu (décrit dans la demande de brevet français n° EN 93 13252 déposée le 8 novembre 1993). Cette tête se distingue des autres par le fait que l'élément magnétorésistant MR s'étend d'une pièce polaire 22₁ à l'autre 22₂. Cet élément est relié à deux plots de contact 34, 36 situés aux extrémités, ces plots étant eux-mêmes reliés à des moyens (non représentés) aptes à engendrer un courant circulant dans l'élément magnétorésistant MR. Cet élément est, dans ce cas particulier, un matériau multicouche et sa section droite est inférieure à celle des pièces polaires supérieures, afin d'obtenir un effet de concentration du champ de lecture.

[0025] La tête de la figure 5 est perfectionnée dans ses moyens de polarisation de l'élément magnétorésistant. Ces moyens comprennent non seulement un conducteur de polarisation C mais aussi une couche magnétique supplémentaire CM. Dans la variante illustrée, la couche magnétique supplémentaire est séparée du conducteur C par une couche isolante électrique et amagnétique I. Cette couche peut être en SiO₂ ou en Si₃N₄ par exemple.

[0026] Sur la figure 6, on voit, en coupe, un mode de réalisation dans lequel l'ensemble élément magnétorésistant MR-conducteur de polarisation C-couche magnétique supplémentaire CM est compact, les trois éléments étant en contact les uns avec les autres. L'élément conducteur C a sa face f1 en contact avec l'élément magnétorésistant MR et sa face f2 en contact avec la couche magnétique CM.

[0027] Les figures 7a à 7c illustrent quatre étapes d'un mode particulier de réalisation d'un élément magnétorésistant et de ses moyens de polarisation perfectionnés selon l'invention.

[0028] On part d'un substrat 50, par exemple en silicium ou en céramique (fig. 7a). On dépose sur ce substrat une couche en matériau magnétorésistant, par exemple en alliage de fer, nickel, cobalt et/ou en multicouche FeNi/Ag. On grave cette couche pour ne laisser subsister que le ruban nécessaire MR. La largeur de l'élément magnétorésistant doit être supérieure à celle de l'entrefer. On prendra par exemple cette largeur égale à 6 µm.

[0029] On dépose ensuite une couche électriquement conductrice par exemple en CrAu, TiWAu, MoAu. On peut procéder par pulvérisation cathodique. On grave cette couche pour ne laisser subsister que des contacts 52,54 à chaque extrémité de l'élément magnétorésistant (fig. 7b). On dépose ensuite une couche de matériau isolant et amagnétique 56, par exemple en SiO₂ (fig. 7c). On dépose ensuite une couche conductrice puis une couche magnétique douce, par exemple par pulvérisation cathodique ou évaporation sous vide. Cette couche peut être un alliage de fer, par exemple en FeNi, en Sendust (marque déposée) ou en alliage de cobalt, par exemple en CoZrNb. L'épaisseur peut être de 0,2 µm. On grave ces deux couches pour leur donner la forme d'un ruban.

[0030] On poursuit la réalisation de la tête comme décrit dans les documents cités plus haut. Si l'on ne désire qu'une tête de lecture, on ne formera pas de bobinage conducteur autour du circuit magnétique. Si l'on veut obtenir une tête de lecture et d'écriture un tel bobinage devra être constitué.

[0031] La figure 8 illustre une tête de lecture et d'écriture du type de celle qui est décrite dans le document FR-A-2 657 189 déjà cité. On y retrouve le substrat 10, le bobinage conducteur 18 noyé dans l'isolant 20 ainsi que les pièces polaires 22₁, 22₂ et l'entrefer 24 sous forme d'espaceur amagnétique 24, mais aucune autre pièce polaire. L'élément magnétorésistant MR est placé directement sous l'espaceur amagnétique 24. Le conducteur de polarisation C est placé sous l'élément MR et la couche magnétique supplémentaire CM, propre à l'invention, sous le conducteur C.

[0032] La tête magnétique représentée sur la figure 9 ne diffère de celle de la figure 8 que par la présence d'une pièce magnétique inférieure 14.

[0033] Enfin, la figure 10 montre une tête d'un type connu tel qu'illustré sur la figure 2, mais dans laquelle l'ensemble élément magnétorésistant MR-conducteur de polarisation C-couche magnétique supplémentaire CM est placé non plus au-dessus mais en dessous de l'entrefer 32.

Revendications

1) Tête magnétique de lecture horizontale à couches minces comprenant un circuit magnétique avec au moins deux pièces polaires supérieures (22₁, 22₂) séparées par un entrefer (24), un élément magnétorésistant (MR) fermant au moins en partie le circuit magnétique et des moyens de polarisation de l'élément magnétorésistant comprenant un conducteur (C) parcouru par un courant électrique, ce conducteur (C) ayant une face (f1) tournée vers l'élément magnétorésistant (MR) et une face (f2) opposée à cet élément (MR),
cette tête magnétique étant caractérisée par le fait que les moyens de polarisation comprennent en outre une couche magnétique supplémentaire (CM) disposée sur le conducteur de polarisation (C), côté face opposée (f2) à l'élément magnétorésistant (MR).

2. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément magnétorésistant (MR) est en contact avec le conducteur (C).

3. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la couche magnétique supplémentaire (CM) est en alliage à base de fer.

4. Tête magnétique selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la couche magnétique supplémentaire (CM) est en alliage fer-nickel.

5. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la couche magnétique supplémentaire (CM) est en alliage à base de cobalt.

6. Tête magnétique selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la couche magnétique supplémentaire (CM) est en alliage de cobalt-zirconium-niobium.

7. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la couche magnétique supplémentaire (CM) présente une largeur égale ou sensiblement égale à la largeur du conducteur (C).

8. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux couches magnétiques (31₁, 31₂) en contact avec les deux pièces polaires supérieures (22₁, 22₂) et écartées l'une de l'autre par un autre entrefer (32) disposé sous l'entrefer (24) défini par les deux pièces polaires supérieures (22₁, 22₂), l'ensemble élément magnétorésistant (MR)-conducteur (C)-couche magnétique supplémentaire (CM) étant disposé en travers de cet autre entrefer (32).

9. Tête magnétique selon la revendication 8, caractérisée par le fait que l'ensemble élément magnétorésistant (MR)-conducteur (C)-couche magnétique supplémentaire (CM) est placé au-dessus de l'entrefer (32) défini par les deux couches magnétiques (32₁, 32₂).

10. Tête magnétique selon la revendication 8, caractérisée par le fait que l'ensemble élément magnétorésistant (MR)-conducteur (C)-couche magnétique supplémentaire (CM) est placé en dessous de l'entrefer (32) défini par les deux couches magnétiques (32₁, 32₂).

11. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que l'élément magnétorésistant (MR) s'étend entre l'une des deux pièces polaires supérieure (22₁) et l'autre (22₂) et est en conctact avec ces pièces polaires supérieures, le conducteur (C) et la couche magnétique supplémentaire (CM) étant disposés entre l'élément magnétorésistant (MR) et l'entrefer (24).

12. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que le circuit magnétique comprend deux pièces polaires supérieures (22₁, 22₂) définissant l'entrefer (24), l'élément magnétorésistant (MR) étant placé sous cet entrefer (24), le conducteur (C) sous cet élément (MR) et la couche magnétique supplémentaire (CM) sous le conducteur.

13. Tête magnétique selon la revendication 12, caractérisée par le fait que le circuit magnétique comprend, en outre, une pièce polaire inférieure (14) isolée des pièces polaires supérieures (22₁, 22₂).

Dessins